Étude numérique des rôles de l’ex-ouragan Leslie, de l’orographie et du refroidissement lié à l’évaporation des précipitations lors de l’épisode méditerranéen d’octobre 2018 dans l’

Marc Mandement, Olivier Caumont CNRM, Université de Toulouse, Météo-, CNRS Ateliers de Modélisation de l’Atmosphère Mercredi 10 mars 2021 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Un épisode méditerranéen exceptionnel a frappé l’Aude dans la nuit du 14 au 15 octobre 2018

Villalier, Aude, le 15 octobre 2018 (Sébastien Gominet, Photothèque IRMa)

I Conséquences dramatiques ¡ 15 décès, 75 blessés ¡ 29 000 sinistres dont 7000 maisons inondées I Précipitations de durées de retour >100 ans ¡ 4 ponts détruits au centre et au nord de l’Aude ¡ >50 routes coupées 295,5 mm à Trèbes en 11 h ¡ Dégâts estimés : 325 M€ 1/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Situation météorologique à l’échelle synoptique

• 13 oct. : Leslie, ex-cyclone Cat. 1, atteint Portugal en soirée

• 14 oct. : Creusement d’une dépression en Méditerranée avec les vestiges de Leslie

2/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Précipitations observées dans la nuit du 14 au 15 octobre

I Système convectif de mésoéchelle (MCS) à régénération rétrograde

I Régénération des cellules le long de deux à trois lignes principales au-dessus et en aval des reliefs : Albères, Corbières, Pyrénées

I Fin : décalage vers le N-E du front (pointillés) associé à la dépression méditerranéenne

3/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Situation météorologique à mésoéchelle

I Stationnarité d’un talweg de mésoéchelle : • à l’est des noyaux convectifs • entre 22:00 et 04:00 UTC

I Stationnarité d’un pseudo front froid • à l’est des noyaux convectifs • entre 22:30 et 04:00 UTC

I Corrélation entre localisation du pseudo front froid et localisation des précipitations les plus fortes H 243,5 mm à Trèbes (T) entre 22:00 et 04:00 UTC 4/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Les précipitations observées soulèvent plusieurs questions (Caumont et al., 2020; Kreitz et al., 2020) :

• Quelle est la contribution de l’ex-cyclone Leslie à l’alimentation en humidité du MCS ?

• Quel est le rôle du relief dans la formation des lignes précipitantes ?

• Quel est le rôle du pseudo front froid dans le renforcement des précipitations ?

• Le refroidissement associé à l’évaporation des précipitations a-t-il joué un rôle dans la stationnarité du pseudo front froid ?

« Réalisation de simulations numériques de l’épisode

5/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Configuration des simulations : Meso-NH – SURFEX

 Début : 14 oct. à 12:00 UTC / Durée : 24 h < Conditions initiales + couplage : analyses AROME (toutes les 3 h) ȣ 2 domaines imbriqués couplés Résolution horizontale : ¡ 1 km 960 × 900 km2 ¡ 500 m 180 × 135 km2

Atmosphère : 89 niveaux verticaux . Convection profonde : non , Convection peu profonde : EDKF (Pergaud et al., 2009) < Turbulence : 1D (BL89)  Microphysique : ICE3

6/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Configuration des simulations : Meso-NH – SURFEX

 Début : 14 oct. à 12:00 UTC / Durée : 24 h < Conditions initiales + couplage : analyses AROME (toutes les 3 h) ȣ 2 domaines imbriqués couplés Résolution horizontale : ¡ 1 km 960 × 900 km2 ¡ 500 m 180 × 135 km2

Atmosphère : 89 niveaux verticaux . Convection profonde : non , Convection peu profonde : EDKF (Pergaud et al., 2009) < Turbulence : 1D (BL89)  Microphysique : ICE3

6/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Configuration des simulations : Meso-NH – SURFEX

 Début : 14 oct. à 12:00 UTC / Durée : 24 h < Conditions initiales + couplage : analyses AROME (toutes les 3 h) ȣ 2 domaines imbriqués couplés Résolution horizontale : ¡ 1 km 960 × 900 km2 ¡ 500 m 180 × 135 km2

Atmosphère : 89 niveaux verticaux . Convection profonde : non , Convection peu profonde : EDKF (Pergaud et al., 2009) < Turbulence : 1D (BL89)  Microphysique : ICE3

6/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Configuration des simulations : expériences

REF : référence NOCOOL : refroidissement lié à l’évaporation des précipitations coupé sur le petit domaine NOALB : massif des Albères remplacé par un terrain plat (25 m) NOPYRE : NOALB + Corbières et Est des Pyrénées remplacés par un terrain plat (100 m)

7/18 ⇒ Simulation REF jugée suffisamment réaliste pour étudier le cas

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Validation de REF : précipitations en 24 h

I REF reproduit les 2 lignes principales I REF surestime globalement les précipitations : cohérent avec stationnarité plus longue dans REF du pseudo front froid et du talweg (non montré)

8/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Validation de REF : précipitations en 24 h

I REF reproduit les 2 lignes principales I REF surestime globalement les précipitations : cohérent avec stationnarité plus longue dans REF du pseudo front froid et du talweg (non montré)

⇒ Simulation REF jugée suffisamment réaliste pour étudier le cas 8/18 I Humidité en basses couches issue de deux sources : – air humide méditerranéen – vestiges de l’ex-cyclone Leslie

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Origine de l’humidité : quel rôle de Leslie ?

Analyses ARPEGE à 925 hPa du rapport de mélange en vapeur d’eau

9/18 I Humidité en basses couches issue de deux sources : – air humide méditerranéen – vestiges de l’ex-cyclone Leslie

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Origine de l’humidité : quel rôle de Leslie ?

Analyses ARPEGE à 925 hPa du rapport de mélange en vapeur d’eau

9/18 I Humidité en basses couches issue de deux sources : – air humide méditerranéen – vestiges de l’ex-cyclone Leslie

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Origine de l’humidité : quel rôle de Leslie ?

Analyses ARPEGE à 925 hPa du rapport de mélange en vapeur d’eau

9/18 I Humidité en basses couches issue de deux sources : – air humide méditerranéen – vestiges de l’ex-cyclone Leslie

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Origine de l’humidité : quel rôle de Leslie ?

Analyses ARPEGE à 925 hPa du rapport de mélange en vapeur d’eau

9/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Origine de l’humidité : quel rôle de Leslie ?

Analyses ARPEGE à 925 hPa du rapport de mélange en vapeur d’eau

I Humidité en basses couches issue de deux sources : – air humide méditerranéen – vestiges de l’ex-cyclone Leslie

9/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Origine de l’humidité : rétrotrajectoires le 15 oct. à 04:00 UTC

Départ des rétrotrajectoires : ascendances sur l’Aude

I Origine de l’humidité : – majoritairement (≈ 75 %) de la Méditerranée (est des îles Baléares) – minoritairement (≈ 25 %) des vestiges de Leslie

I Parcelles d’air soulevées au niveau du pseudo front froid

10/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Rôle du refroidissement lié à l’évaporation des précipitations (15 oct. 04:00 UTC)

I Faibles différences de θv entre NOCOOL et REF

I Aucun rôle du refroidissement : – dans la stationnarité du pseudo front – dans la différence de température

I Raison proposée : peu d’évaporation car saturation de l’atmosphère

11/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Rôle du relief : précipitations instantanées le 15 oct. à 05:00 UTC

I REF : organisation des cellules vigoureuses en deux lignes principales I NOALB : cellules inexistantes en aval du massif des Albères 12/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Rôle du relief : cumul de précipitations en 24 h

I NOALB : diminution des précipitations en aval du massif des Albères I Modification de la structure spatiale des précipitations >250 mm 13/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Rôle du relief : 15 oct. à 05:00 UTC

I Onde orographique en aval des Albères (flèches noires)

I Convergence de basses couches en aval du relief (hachures)

14/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Rôle du relief : coupe A → B le 15 oct. de 05:05 à 05:15 UTC

I Initiation de la convection par forçage orographique I Subsidence en aval du relief contrecarrée par convergence de basses couches I Renforcement des cellules dans branche ascendante de l’onde orographique 15/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Rôle du relief

I NOPYRE : diminution des précipitations en aval des Albères, des Corbières et de l’Est des Pyrénées I Étalement des précipitations >180 mm : oscillations de la position du pseudo front froid 16/18 2) Quel est le rôle du refroidissement associé à l’évaporation des précipitations dans la stationnarité du pseudo front froid ?

# Aucun rôle du refroidissement lié à l’évaporation des précipitations dans stationnarité front froid

3) Quel est le rôle des forçages de mésoéchelle dans la formation et le renforcement des lignes précipitantes ?

# Rôle du relief en particulier des Albères dans la formation des lignes précipitantes

# Localisation maximum RR liée : – position du pseudo front froid stationnaire – position des lignes précipitantes en aval des reliefs

 Mandement M. et O. Caumont, 2020 (en révision): A numerical study to investigate the roles of former , orography, and evaporative cooling in the 2018 Aude heavy precipitation event, Weather and Climate Dynamics Discussions

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Conclusions

1) Quelle est la contribution de l’ex-cyclone Leslie à l’alimentation en humidité du MCS ?

# Majeure partie de l’humidité issue de Méditerranée plutôt que des vestiges du cyclone Leslie

17/18 3) Quel est le rôle des forçages de mésoéchelle dans la formation et le renforcement des lignes précipitantes ?

# Rôle du relief en particulier des Albères dans la formation des lignes précipitantes

# Localisation maximum RR liée : – position du pseudo front froid stationnaire – position des lignes précipitantes en aval des reliefs

 Mandement M. et O. Caumont, 2020 (en révision): A numerical study to investigate the roles of former hurricane Leslie, orography, and evaporative cooling in the 2018 Aude heavy precipitation event, Weather and Climate Dynamics Discussions

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Conclusions

1) Quelle est la contribution de l’ex-cyclone Leslie à l’alimentation en humidité du MCS ?

# Majeure partie de l’humidité issue de Méditerranée plutôt que des vestiges du cyclone Leslie

2) Quel est le rôle du refroidissement associé à l’évaporation des précipitations dans la stationnarité du pseudo front froid ?

# Aucun rôle du refroidissement lié à l’évaporation des précipitations dans stationnarité front froid

17/18  Mandement M. et O. Caumont, 2020 (en révision): A numerical study to investigate the roles of former hurricane Leslie, orography, and evaporative cooling in the 2018 Aude heavy precipitation event, Weather and Climate Dynamics Discussions

Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Conclusions

1) Quelle est la contribution de l’ex-cyclone Leslie à l’alimentation en humidité du MCS ?

# Majeure partie de l’humidité issue de Méditerranée plutôt que des vestiges du cyclone Leslie

2) Quel est le rôle du refroidissement associé à l’évaporation des précipitations dans la stationnarité du pseudo front froid ?

# Aucun rôle du refroidissement lié à l’évaporation des précipitations dans stationnarité front froid

3) Quel est le rôle des forçages de mésoéchelle dans la formation et le renforcement des lignes précipitantes ?

# Rôle du relief en particulier des Albères dans la formation des lignes précipitantes

# Localisation maximum RR liée : – position du pseudo front froid stationnaire – position des lignes précipitantes en aval des reliefs

17/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Conclusions

1) Quelle est la contribution de l’ex-cyclone Leslie à l’alimentation en humidité du MCS ?

# Majeure partie de l’humidité issue de Méditerranée plutôt que des vestiges du cyclone Leslie

2) Quel est le rôle du refroidissement associé à l’évaporation des précipitations dans la stationnarité du pseudo front froid ?

# Aucun rôle du refroidissement lié à l’évaporation des précipitations dans stationnarité front froid

3) Quel est le rôle des forçages de mésoéchelle dans la formation et le renforcement des lignes précipitantes ?

# Rôle du relief en particulier des Albères dans la formation des lignes précipitantes

# Localisation maximum RR liée : – position du pseudo front froid stationnaire – position des lignes précipitantes en aval des reliefs

 Mandement M. et O. Caumont, 2020 (en révision): A numerical study to investigate the roles of former hurricane Leslie, orography, and evaporative cooling in the 2018 Aude heavy precipitation event, Weather and Climate Dynamics Discussions

17/18 Introduction Simulations Humidité Refroidissement évaporatif Relief Conclusions Perspectives

« Quantifier la contribution de l’ex-cyclone Leslie dans le creusement de la dépression méditerranéenne

« Étudier la sensibilité des simulations à la résolution horizontale du relief, aux paramétrisations physiques et aux conditions aux limites

« Étudier les mécanismes favorisant la stationnarité des MCSs à régénération rétrograde

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